CN101384941A - 扫描单元以及图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明的扫描单元是具备反射激光的反射部和在中空的内部中封入了可移动物体的封入部的扫描单元，其特征在于，可移动物体与扫描单元的角速度对应地移动，改变反射部对激光的反射状态。根据某实施方式，可移动物体与扫描单元的角速度对应地移动，覆盖反射部的至少一部分。另外，根据某实施方式，可移动物体与扫描单元的角速度对应地移动，使反射部变形。

Description

扫描单元以及图像显示装置

技术领域

本发明涉及一种投射激光来显示图像的图像显示装置，尤其涉及图像显示装置的安全性提高技术。

背景技术

如果人进入对屏幕投射图像的投影仪与屏幕之间的投射光路内，将脸部朝向投射侧，则存在投射光对眼睛带来刺激的危险性。因此，提出了在图像显示装置中设置用于检测投射光路内有无物体的检测部、和用于控制放射功率的控制部，当在投射光路内检测到物体时，通过减少放射功率，来防止危险性的方式。

例如，专利文献1公开了通过电磁放射线传感器、热放射线传感器、焦热电传感器、温度传感器等，来监视投射区域，当投射区域中存在物体时，切换到对人无害的动作模式的图像显示装置。

另外，专利文献2公开了用摄像机监视所投射的图像，抽取有人在的区域，并遮盖此区域的图像的图像显示装置。在该装置中，只要仅仅针对投射区域中的判断为有人在的区域，限制放射功率即可，因此，可以在其他区域中继续显示图像。

另外，正在进行投射激光来显示图像的图像显示装置(也称作激光投影仪)的开发。比起灯输出的光，激光发光元件输出的激光，其色纯度高，因此可以提高色再现性。另外，由于可以实现光学系统的小型化的同时，还可以抑制功耗，因此，可以实现小型且省电的图像显示装置。

由于激光可以在细细地收敛的状态下进行扫描，因此，可以采用反射镜元件等使激光进行二维扫描来显示图像。在这种扫描方式的激光投影仪中，由于对激光的强度进行调制来进行图像的显示，因此，比起采用了液晶面板、DMD(Digital Micromirror Device)等二维的图像显示设备的通常的投影仪，进一步省电，另外，由于不需要均匀地照射二维图像设备的照明光学系统，因此还可以实现装置的小型化。

通过这样，扫描方式的激光投影仪也可以搭载在小型的移动机器中，在不易搭载大型显示器的移动电话等中，也可以享受大画面显示。

在通过反射镜设备等扫描部件扫描细细地收敛的光束的扫描方式的图像显示装置中，除了检测投射光路内有无进入的物体来确保安全以外，还需要当反射镜意外停止时的安全对策。因此，提出了检测反射镜的扫描动作，在不正常的扫描动作状态时，遮蔽激光或者切断对激光源供电的方式。

例如，在专利文献3中，当反射镜的扫描动作不正常的状态、例如扫描动作完全停止、或者不是固定的周期且不是规定的速度时，在规定位置上停止并保持反射镜。此时激光为了不照射图像显示装置外部而照射遮光部，处于对外部遮光的状态。

另外，在专利文献4中，与反射镜的转动联动地供电，当反射镜的扫描动作不正常的状态、例如扫描动作完全停止、或者不是固定的周期且不是规定的速度时，切断对激光源的供电。

【专利文献1】专利第2994469号公报

【专利文献2】特开2004—254145号公报

【专利文献3】特开2004—312347号公报

【专利文献4】特开2004—333698号公报

然而，在如上所述的装置结构中，需要用于检测反射镜的扫描动作是否正常的传感器、用于在扫描动作不正常时遮蔽激光或者切断对激光源的供电的控制机构，因此存在成本提高的同时不易进行装置的小型化的问题。

对于激光投影仪等激光应用产品，通过安全基准，确定容许放射功率，由于对人的眼睛而言在安全的范围内无法确保充分的明亮度，因此寻求确保安全的同时，提高放射功率的技术。

发明内容

本发明是鉴于上述课题而作出的，其目的在于提供一种实现小型化以及低成本化的同时，安全且以充分的明亮度来可进行显示的图像显示装置。

本发明的扫描单元，其具备反射激光的反射部和在中空的内部中封入了可移动物体的封入部；其中所述可移动物体，与所述扫描单元的角速度对应地移动，改变所述反射部对所述激光的反射状态。

根据某实施方式，位于所述反射部中的反射所述激光的面一侧；所述可移动物体，与所述扫描单元的角速度对应地移动，覆盖所述反射部的至少一部分。

根据某实施方式，所述反射部，设置在所述封入部的内面；所述封入部具备透过部，所述透过部与所述反射部对置，并且使所述激光透过；所述可移动物体在所述反射部与所述透过部之间移动。

根据某实施方式，如果所述角速度加快，则所述可移动物体沿着使覆盖所述反射部的比例降低的方向移动，如果所述角速度下降，则所述可移动物体沿着使覆盖所述反射部的比例增大的方向移动；与覆盖所述反射部的比例低的时候相比，覆盖所述反射部的比例高的时候，来自所述反射部的反射光量更少。

根据某实施方式，在所述扫描单元停止时，所述可移动物体沿着使覆盖所述反射部的比例增大的方向移动；如果所述可移动物体沿着使覆盖所述反射部的比例增大的方向移动，则来自所述反射部的反射光量减少。

根据某实施方式，所述可移动物体在从所述扫描单元停止起0.25秒以内移动。

根据某实施方式，所述反射部设置在所述封入部；所述可移动物体，与所述扫描单元的角速度对应地移动，使所述反射部变形。

根据某实施方式，来自所述反射部的反射光的散射程度与所述反射部的变形对应地发生变化；如果所述角速度加快，则所述可移动物体沿着所述散射程度降低的方向移动，如果所述角速度下降，则所述可移动物体沿着所述散射程度提高的方向移动。

根据某实施方式，来自所述反射部的反射光的散射程度与所述反射部的变形对应地发生变化；在所述扫描单元停止时，所述可移动物体沿着所述散射程度提高的方向移动。

根据某实施方式，所述可移动物体在从所述扫描单元停止起0.25秒以内移动。

本发明的图像显示装置，其具备所述扫描单元、输出所述激光的光源、和驱动所述扫描单元的驱动部；所述图像显示装置利用所述扫描单元反射并投射后的所述激光的至少一部分来显示图像，其中所述投射激光的状态与所述可移动物体的移动对应地发生变化。

(发明效果)

根据本发明，可移动物体与扫描单元的角速度对应地移动，使反射部对激光的反射状态发生变化。由此，能够提供一种即使在扫描单元的扫描速度降低或者扫描动作停止的情况下，也能降低对图像显示装置外部投射的激光的放射功率(能量密度)，对眼睛具有高的安全性的图像显示装置。根据本发明，由于不需要用于检测反射镜的扫描动作是否正常的传感器、用于在扫描动作不正常时遮蔽激光或者切断对激光源的供电的控制机构，因此，能够提供一种实现小型化以及低成本化的同时，安全且以充分的明亮度可进行显示的图像显示装置。

在某实施方式中，可移动物体与扫描单元的角速度对应地移动，来覆盖反射部的至少一部分，由此，可以降低反射部反射的激光的光量。

另外，在某实施方式中，可移动物体与扫描单元的角速度对应地移动，使反射部发生变形，由此，可以提高来自反射部的反射光的散射程度。

附图说明

图1是表示根据本发明的实施方式的图像显示装置的图。

图2(a)～(c)是表示根据本发明的实施方式的扫描方式的图。

图3是表示根据本发明的实施方式的瞳孔与图像显示装置之间的距离以及投射区域的图。

图4是表示根据本发明的实施方式的用于得到反射光的放射输出降低效果的响应速度与放射功率之间的相关的图。

图5(a)是表示根据本发明的实施方式的扫描单元以及扫描单元正常动作时的可移动物体的状态的图；(b)是表示根据本发明的实施方式的扫描单元以及扫描单元停止时的可移动物体的状态的图。

图6(a)是表示根据本发明的实施方式的扫描单元以及扫描单元正常动作时的可移动物体的状态的图；(b)是表示根据本发明的实施方式的扫描单元以及扫描单元停止时的可移动物体的状态的图。

图7(a)～(c)是表示根据本发明的实施方式的扫描单元的反射部的形状与可移动物体之间的关系的图。

图8(a)是表示根据本发明的实施方式的扫描单元正常动作时的可移动物体的状态的图；(b)是表示根据本发明的实施方式的扫描单元停止时的可移动物体的状态的图。

图9是根据本发明的实施方式的2轴的转动扫描反射镜设备即扫描单元的图。

图10(a)是表示根据本发明的实施方式的扫描单元以及扫描单元正常动作时的可移动物体的状态的图；(b)是表示根据本发明的实施方式的扫描单元以及扫描单元停止时的可移动物体的状态的图。

图11(a)是表示根据本发明的实施方式的扫描单元以及扫描单元正常动作时的可移动物体的状态的图；(b)是表示根据本发明的实施方式的扫描单元以及扫描单元停止时的可移动物体的状态的图。

图12(a)是表示根据本发明的实施方式的扫描单元以及扫描单元正常动作时的可移动物体的状态的图；(b)是表示根据本发明的实施方式的扫描单元以及扫描单元停止时的可移动物体的状态的图。

图13是表示根据本发明的实施方式的2轴的转动扫描反射镜设备即扫描单元的图。

符号说明

1 光源

2 准直透镜

3 二向棱镜(dichroic prism)

4 扫描单元

5 开口

6 激光

7 图像信号

8 控制部

9 运算部

10 激光调制部

11 反射镜驱动部

12 角度变位信号

13 投射区域

14 光束点轨迹

18 中空部

19 可移动物体

21 反射部

22 透过部

23 透明电极

24 基台

100 图像显示装置

具体实施方式

下面，参照附图，说明本发明的实施方式。对同样的结构要素赋予同样的参照符号，省略同样的说明的重复。

(实施方式1)

参照图1～图9，说明根据本发明的图像显示装置以及扫描单元的第1的实施方式。首先，参照图1。图1是表示本实施方式的图像显示装置100的图。图像显示装置100利用所投射的激光的至少一部分，在屏幕等上显示图像。

图像显示装置100具备：输出激光10a～10c的光源1；准直透镜2；二向棱镜3；反射激光10a～10c并进行投射的扫描单元4。光源1输出n原色(n是3以上的自然数)各自颜色的激光。在该示例中，光源1具备：输出红色激光10a的发光元件1a；输出绿色激光10b的发光元件1b；输出蓝色激光10c的发光元件1c。须指出的是，光源1也可以输出4原色以上的多原色的激光。

图像显示装置100还具备：对激光10a～10c进行调制的激光调制部10；对扫描单元4进行驱动的反射镜驱动部11；对这些图像显示装置100的结构要素进行控制的控制部8；运算部9。

从光源1输出的3原色(RGB)的激光10a～10c，通过各个准直透镜2收敛，在二向棱镜3中被合成而成为一束投射激光6。从二向棱镜3输出的投射激光6入射到扫描单元4。

图像显示装置100具备被一维扫描的扫描反射镜设备即两个扫描单元4。一个扫描单元4使投射激光6沿水平方向扫描，而另一个扫描单元4使投射激光6沿垂直方向扫描，通过这样，投射激光6进行二维扫描。

两个扫描单元4所反射的投射激光6，从开口(光调制元件)5投射到投射区域13，进行二维扫描。在投射区域13上可配置投射用屏幕。图1所示的示例中，使用两个1轴的转动反射镜元件即扫描单元4，但是取而代之，也可以使用一个2轴的转动反射镜元件，或者也可以使用旋转多角形反射镜。

将表示想要显示的图像的图像信号7输入到控制部8。运算部9进行控制部8的控制动作所需的运算。控制部8对激光调制部10以及反射镜驱动部11的动作进行控制。与激光调制部10调制激光同步，反射镜驱动部11对扫描单元4进行驱动。从扫描单元4输出表示反射镜的角度变位的角度变位信号12，将角度变位信号12输入到控制部8，由此扫描单元4受到反馈控制。

由扫描单元4扫描的激光6在投射区域13描绘光束点轨迹14。在激光6的扫描方式中，可考虑如下的方式。

图2表示扫描方式的激光光束点轨迹14、和水平方向(H)以及垂直方向(V)的驱动信号波形。

图2(a)表示线性光栅(linear luster)扫描方式，表示水平方向以及垂直方向上均线性的驱动信号波形。当使用多角形反射镜元件的情况下，采用该扫描方式。由于在水平方向上驱动频率高，因此以光速来线性驱动反射镜是通常比较困难的。从画面的右端返回到左端、又从下返回到上的期间是不用点灭激光而只有反射镜返回的空闲期间。用虚线来表示水平空闲期间15以及垂直空闲期间16。

图2(b)表示共振光栅(luster)扫描方式，在转动反射镜的共振动作中激光沿水平方向被扫描。在共振驱动中，比起对转动反射镜进行线性驱动的情况，可用较小的力量来得到很大的振幅。由于垂直方向上频率低，因此，可以对检流计反射镜(galvanometer mirror)进行线性驱动。

另外，共振驱动中反射镜的动作成为正弦波状，由于在水平方向进行单程扫描，因此水平空闲期间变长，激光的点灭时间减半。

图2(c)表示在水平方向上进行往返扫描的共振光栅扫描方式。如果进行往返扫描，则由于只要驱动频率为二分之一即可，因此容易驱动。另外，与图2(b)所示的方式相比，激光的点灭时间成倍，因此效率高。其中，由于扫描线没有严格地平行，因此需要将垂直驱动信号波形以阶梯状校正来使扫描线平行。

接下来，更详细地说明扫描单元4。

在本发明中，在扫描单元4中设置了当发生了扫描单元4的动作异常时，降低扫描单元4反射的激光6的反射光量以及/或者能量密度的机构。下面说明该机构的细节，该机构由于不具有机械的运转部，因此具有很高的可靠性，而且不需要维护，因此，进一步提高了安全性，成为极其小型且低价格的结构。

在本发明中，由于不需要用于检测反射镜的扫描动作是否正常的传感器、用于在扫描动作不正常时遮蔽激光或者切断对激光源的供电的控制机构，因此，可以实现图像显示装置的小型化以及低成本化。

图5是表示扫描单元4的图。图5的左侧的图是从反射面一侧观察扫描单元4的图，右侧的图是扫描单元4的剖视图。图5(a)表示正常动作的状态的扫描单元4，图5(b)表示停止的状态的扫描单元4。

扫描单元4具备：反射激光6的反射部21；封入有可移动物体19的封入部17；作为扫描单元4的转动轴支撑的悬架(suspension)20。封入部17具备基台24和透过部22，通过基台24以及透过部22在封入部17内部中形成有中空部18。可移动物体19封入在中空部18。可移动物体19是与反射部21相比更不易反射激光6的物质，例如，可以是液体、粉末、液体以及粉末的混合物。

反射部21设置在基台24的封入部17内面一侧。使激光6透过的透过部22，位于反射部21中反射激光的面一侧，夹持中空部18而与反射部21对置。可移动物体19在反射部21与透过部22之间移动。

悬架20各自的一端，与基台24连接。悬架20各自的另一端，固定在固定框架(未图示)。通过反射部21以及封入部17来形成可动部，扫描单元4具备使反射部21以及封入部17振动的执行器4a(图1)。作为驱动反射部21以及封入部17的方法，有各种方法，比如电磁驱动、静电驱动、压电(piezoelectricity)驱动等，由于该驱动方法自体是公知的，因此在此省略说明。

入射到扫描单元4的激光6穿过透过部22，在反射部21反射，再次穿过透过部22，向图像显示装置100外部投射。

在扫描单元4进行正常的动作时，如图5(a)所示，以悬架20为轴，以期望的频率进行振动。在可移动物体19中，因扫描单元4的振动而在中空部18的外周方向上发生的惯性力(离心力)发挥作用，可移动物体19沿着中空部18的外周方向移动，在中空部18的中心附近，不存在可移动物体19，穿过了透过部22的激光6在反射部21反射。通过这样，在扫描单元4进行正常的动作时，通过扫描单元4激光6被反射扫描。

当扫描单元4不正常动作、例如停止的情况下，如图5(b)所示，在中空部18的外周侧移动的可移动物体19集中在中心附近，反射部21的全部被可移动物体19所覆盖。入射到被该可移动物体19所覆盖的反射部21的激光6，被可移动物体19吸收，因此，在反射部21反射的激光6的反射光量以及光能量密度下降。

通过这样，可移动物体19与扫描单元4的角速度对应地在中空部18内移动。因可移动物体19的移动，而反射部21的反射状态(反射光量以及/或者反射光的散射的程度)发生变化。如果扫描单元4的角速度加快，则可移动物体19沿着使覆盖反射部21的比例降低的方向移动，如果角速度下降，则可移动物体19沿着使覆盖反射部21的比例增大的方向移动。可移动物体19在扫描单元4在正常振动的状态下停止时，沿着使覆盖反射部21的比例增大的方向移动。与可移动物体19覆盖反射部21的比例低的时候相比，所述比例高的时候，来自反射部21的反射光量更少。

说明在扫描单元4停止时在中空部18的外周侧移动的可移动物体19集中在中心附近的过程。由于因扫描单元4以期望的频率振动而在中空部18的外周方向上产生的惯性力，不仅是可移动物体19，连封入在中空部18中的气体也受到影响。由于中空部18被封闭，因此，由于惯性力而从扫描单元4的振动轴在中空部18的外周方向上产生气体的压力分布。作为所产生的压力分布，从扫描单元4的振动轴朝向中空部18的外周，压力变高。如果以该期望的频率振动的扫描单元4停止，则所产生的气体的压力分布的不均衡，气体向压力低的方向(扫描单元4的振动轴方向)移动。伴随着该气体的移动，可移动物体19也移动到中心附近。

在反射部21中，作为有效地反射可视光线的材料，涂敷了铝膜。除了铝以外，还可以采用金、银等。另外，也可以配合所使用的光源(使用波长段)，采用电介质膜。

当可移动物体19是吸收可视光线的亲水性的液体、例如包含黑色素的液体(墨汁等)的情况下，反射部21最好采用亲水性的金属膜，而基台24最好采用硅等疏水性的材料。由此，可以将集中在中空部18的中心附近的可移动物体19维持在其中心附近。

另外，如图8所示，也可以作为可移动物体19采用带电粒子，通过对透过部22施加电压，将可移动物体19维持在中空部18的中心附近。图8(a)表示扫描单元4进行正常的动作时的状态，图8(b)表示扫描单元4停止的状态。也可以在透过部22设置透明电极23，为了维持可移动物体19集中在中心附近的状态，通过对透明电极23施加电压，以使可移动物体19维持在中空部18的中心附近。

透过部22使入射到扫描单元4的激光6透过，使在反射部21反射的激光6再次透过，因此，采用使可视光线有效地透过的材料、或者采用透过部22中的吸收减少的厚度。作为透过部22的材料，例如，石英玻璃、光学用玻璃(BK—7等)、派热克斯玻璃(pyrex，注册商标)、蓝宝石、丙烯酸、聚碳酸酯等。

通过这样，根据本实施方式，当扫描激光6的扫描单元4停止时，可移动物体19覆盖反射部21，从而，入射到扫描单元4的激光6被可移动物体19吸收，因此，能够降低反射光量以及光能量密度。

须指出的是，作为可移动物体19，采用吸收激光6的材料的是一例，也可以采用例如使激光6散射的材料。作为这种材料，例如有包含称作纳米浆料的纳米尺寸的金属材料(金、银、铜等)的液体、包含硅或者石英、光学用玻璃(BK—7等)为代表的玻璃类的液体、丙烯酸、聚碳酸酯等塑料类的微粒子的液体。

另外，除了扫描单元4停止的情况以外，还有扫描单元4的角速度降低的情况，在这种情况下，可移动物体19也可与扫描单元4的角速度对应地向中空部18的中心附近移动。另外，当扫描单元4停止时，为了使可移动物体19集中在中空部18的中心附近，因而即使在扫描单元4以期望的频率振动时，可移动物体19的一部分也可以与反射部21接触或者重叠。

另外，在上述的说明中，当扫描单元4停止时，可移动物体19完全覆盖反射部21，但是，在仅仅覆盖反射部21的一部分也可得到必要的效果时，反射部21整体也可以覆盖可移动物体19。

须指出的是，可移动物体19，也可以是磁性体(液体、粉末、液体以及粉末的混合物)、例如也可以是磁性流体。在该情况下，在反射部21涂敷了产生磁力的材料，如果扫描单元4的扫描动作的惯性力消失或者减弱，则依赖于磁力，来覆盖反射部21，从而，入射到扫描单元4的反射部21的光，因磁性体而散射，所以，可以降低反射光量以及光能量密度。

另外，当可移动物体19包含磁性体或者带电粒子的情况、可移动物体19仅仅是磁性体或者带电粒子的情况下，作为朝向扫描单元4的中空部18的外周方向移动的方法，可以采用磁力、电压施加。

另外，中空部18的构造也除了图5所示的圆筒构造以外，也可以是图6所示的四角形的长方体构造。图6的左侧的图是从反射面一侧观察扫描单元4的图，右侧的图是扫描单元4的剖视图。图6(a)表示正常工作的状态的扫描单元4，图6(b)表示停止的状态的扫描单元4。

另外，反射部21的形状除了图5所示的圆形以外，也可以是图7(a)以及图7(b)所示的多角形。另外，反射部21如图7(c)所示，也可以形成在基台24的可形成反射面的区域的整个面上。图7是从反射面一侧观察扫描单元4的图。

另外，当扫描单元4停止时，与扫描单元4的朝向无关，为了维持使可移动物体19集中在中空部18的中心附近的状态，中空部18的构造与封入在中空部18中的可移动物体19的体积的组合被调整。

另外，当可移动物体19包含磁性体或者带电粒子的情况、可移动物体19仅仅是磁性体或者带电粒子的情况下，作为在中空部18的外周方向移动的方法，也可以在基台24以及/或者透过部22的外周侧，涂敷产生磁力的材料、或者设置用于施加电压的电极。

另外，根据包围中空部18的材料以及反射部21的材料，作为可移动物体19，也可以使用惰性液体。另外，作为封入到中空部18的气体，根据包围中空部18的材料以及反射部21的材料，也可以使用惰性气体。

另外，根据包围中空部18的材料以及反射部21的材料、可移动物体19的材料，即使用真空泵来抽吸(即使降低气压)中空部18中封入的气体也可。

另外，为了提高包围基台24以及透过部22的中空部18的区域的疏水性，也可以实施疏水处理或者斥水涂敷。在微机械技术领域中还提供可实现疏水处理、斥水涂敷的处理装置。

接下来，说明通过激光的安全基准来确定的放射功率，并且说明基于该安全基准的、发出更强的激光时的观点、由此可放射的放射功率和图像显示装置的明亮度。

作为激光的安全基准，有“IEC60825—1基准”、日本的“JISC6802激光产品的放射安全基准”(以下简称为JIS)，规定了激光产品的分类和测定方法。

其中，基本上安全的类型1的暴露放射界限(以下称为AEL)，在JIS的表1(未图示)中按曝光时间分别规定，关于发出可视光的产品，在JIS的表2(未图示)中作为类型2的AEL规定。

由此，针对可视光的激光，考虑了通过眨眼等反感动作来保护眼睛，将其反应时间设为0.25秒，当放出持续时间在0.25秒以上时为1mW，在0.25秒以下时与类型1的AEL相同。也即，在如激光点的连续波的激光中放射输出限制在1mW。

对此，针对扫描型的激光产品，在JIS的8.4分类的规则的(f)重复脉冲激光以及调制激光的项目中，规定了AEL的确定方法。

通过这样，使用下面的三个条件中最严格的条件来进行确定。

1)来自脉冲串内的任何单一脉冲的曝光，均不能超过对单一脉冲的AEL(AELsingle)。

2)放出持续时间T的脉冲串的平均功率，对放出持续时间T的单一脉冲，不能超过分别在表1～4(未图示)中规定的AEL所对应的功率。

3)脉冲串内的脉冲的平均脉冲能量，不能超过对单一脉冲的AEL乘以校正系数C5后的值(AELtrain)。

AELtrain＝AELsingle×C5

C5＝N^—0.25…(式1)

其中，N是在0.25秒之间内扫描瞳孔的次数。

当如扫描方式的投影仪那样进行二维扫描时，因激光扫描瞳孔而N增大，3)的条件通常最严格。测定方法在JIS的9.3测定光学系统的项目中规定。

下面，参照图3，说明放射功率的计算方法。图3时表示瞳孔与投影仪之间的距离以及投射区域的侧视图。

扫描型激光的放射功率的测定条件被规定为测定开口111的直径是φ7mm、测定距离r是100mm。测定开口111的φ7mm是假设了人的瞳孔径的最大

。在所规定的测定条件下计算的放射功率，根据扫描条件而发生各种各样的变化。下面，表示下面的扫描条件下的计算例。在各参数中下标的h、v分别表示水平、垂直。

扫描条件：

显示分辨率XGA(Nh＝1024、Nv＝768像素)

帧速率fv＝60Hz

视场角θh＝60°、θv＝45°

过(over)扫描率(视场角/扫描全角)Kosh＝Kosv＝0.7

水平方向，往返扫描Kub＝2(相当于图2(c)的扫描方式)

水平扫描频率fh表示为如下。

fh＝fv×Nv/Kosv/Kub＝32.9kHz…(式2)

如图3所示，激光横切位于距离r＝100mm的位置的D＝φ7mm的瞳孔的时间t，表示为如下。

t＝测定开口的视角/水平扫描角速度

＝(D/r)/(2×fh×θh/Kosh)…(式3)

＝7.1E—7(sec)

0.25秒之间内扫描瞳孔的次数N，表示为如下。

N＝(D/r)/(θv/Nv)*fv*0.25

＝1020(次)

对t＝7.1E—7(sec)的AELsingle(单一脉冲的AEL)，根据JIS的表1，成为AELsingle＝2.0E—7(J)。脉冲串内的平均脉冲能量AELtrain(重复脉冲的AEL)，根据(式1)，成为

AELtrain＝AELsingle×N^—0.25…(式4)

＝2.0E—7×1020^—0.25

＝3.54E—8(J)

(图3所示的3个测定开口111中的左下所示的测定开口111的状态时)。

放射功率Ptrain为

Ptrain＝AELtrain/t…(式5)

＝3.54E—8/7.1E—7*1000

＝49.9(mW)

从而，如果将投影仪的峰值放射功率抑制在50mW以下，则接近100mm而入射到瞳孔的放射能量大小是安全的级别，在100mm以上的距离下，因激光分散而更加安全，在100mm以下的距离下，扫描瞳孔的激光不聚焦在视网膜上的一个点而安全。也即，可以认为，在任何条件下，均为安全的级别。

在此、根据前述的条件1)的、对单一脉冲的AEL，计算出放射功率，

Psingle＝AELsingle/t…(式6)

＝2.0E—7/7.1E—7

＝281.7(mW)

，成为大约5.6倍的功率。

这相当于激光横切瞳孔的次数限制在一次的情况(图3所示的3个测定开口111中的左上所示的测定开口111的状态)。

从而，通过进行适当的处理，可以将放射功率提高到最大280mW左右。

同样，针对次数N，P(mW)为

【表1】

N      N’-0.25     P(mW)

1      1.00         281.7

2      0.84         236.9

3      0.76         214.0

4      0.71         199.2

5      0.67         188.4

6      0.64         180.0

7      0.61         173.2

8      0.59         167.5

9      0.58         162.6

10     0.56         158.4

11     0.55         154.7

12     0.54         151.3

，作为投影仪只要对应于必要的峰值功率，选择扫描次数即可。例如，当设峰值功率P＝150mW的情况下，只要将扫描次数限制在12次即可。

峰值放射功率为50mW时、投影仪的明亮度是10流明(lumen)左右。一般的办公室的明亮度即400勒克斯(lux)的房屋内可目视识别的明亮度、例如可确保500勒克斯的投射尺寸是8英寸左右。如果将投射尺寸设为19英寸，则画面的明亮度为89勒克斯程度，在明亮的房屋内无法目视识别。

对此，在峰值放射功率为最大280mW时，投影仪的明亮度成为56流明，在19英寸下成为大约500流明。也就是说，如上所述，如果控制为限制激光横切瞳孔的次数，则可以确保安全的同时，即使在更大的尺寸下进行投射也可得到充分明亮的画面。

如果测定距离比100mm远，则t和N均减小，因此，所计算的放射功率Ptrain增大。t＝1.78E—7(s)、N＝255(次)时、测定距离大约400mm下，Ptrain成为281.7mW(大约280mW)(图3所示的3个测定开口111中的右下所示的测定开口111的状态)。

也就是说，即使在将放射功率提高到280mW的状态下，由于如果400mm以上远离则对瞳孔入射的入射能量成为安全的级别，因此，只要在至少100mm到400mm的范围内进行上述的处理，则不会发生问题。

考虑到上述的条件，在图像显示装置中设置用于检测人等是否进入从图像显示装置到投射区域的光路中的部件、以及用于在照射投射区域时检测出在光路中是否已经有人等的部件，从而，可以实现在作为图像显示装置无法进行正常的动作的状态下的安全对策。然而，在扫描激光的扫描单元停止时，对一定的位置的放出持续时间为0.25秒以上，因此，在连续波的激光中需要将放射输出抑制在1mW以下。考虑到该情况，设定可移动物体19的粘度、量、中空部18的体积以及形状等，以便本实施方式的可移动物体19在0.25秒以内可降低反射光量地移动。由此，即使在入射到扫描单元4的时候激光6的输出高于1mW的状态下扫描单元4停止时，也能够将投射到装置外部的一定的位置的激光的能量在0.25秒以内抑制在1mW以下。由此，当可视光的激光入射到眼睛时，即使在保护眼睛的0.25秒以内没有进行闭上眼睛或者转脸等方案动作的情况下，也能够保护眼睛。在理想的情况下，最好考虑来自图像显示装置100的放射功率和激光扫描速度两个方面，设定为确保安全性的响应速度。另外，在正常扫描时，设为激光6的反射光量不降低。在理想的情况下，最好没有损失。

例如，如参照(式6)进行过的说明，当将激光横切瞳孔的次数N限制为一次，设定了图像显示装置100的放射功率的情况下，根据对单一脉冲的AEL，放射功率(Psingle)成为281.7(mW)。此时，激光横切瞳孔(位于距离r＝100mm的位置的D＝φ7mm)的时间t是7.1E—7(sec)。换言之，针对放射功率281.7(mW)的激光对一定的位置的照射，在放出持续时间7.1E—7(sec)之前是安全的范围。从而，如果考虑到安全，则在将图像显示装置100的放射功率设定为281.7(mW)的情况下，在7.1E—7(sec)以内需要将反射光的放射输出抑制在1mW以下。

图4表示对单一脉冲的AEL的放射功率、与用于得到反射光的放射输出降低效果的响应速度之间的相关图。在该示例中，设垂直同步频率为60(Hz)，设水平视场角(θh)为10°～80°，关于垂直视场角(θh)，设定为画面纵横比(纵/横)＝0.75。

另外，扫描单元4的振动振幅的峰值的位置(振动的折回地点)下处于实质上扫描瞬间停止的状态，将开口5最好设计为可遮蔽这种状态的激光。换言之，将开口5设计为放射功率281.7(mW)的单一脉冲光在一定位置上不照射7.1E—7(sec)以上。

须指出的是，对于正常扫描的激光不遮蔽。在理想的情况下，在放射功率281.7(mW)的激光以7.1E—7(sec)横切瞳孔的状态下不遮光。

通过这样，根据本实施方式，当扫描单元4停止时，设定可移动物体19的粘度、量、中空部18的体积以及形状等，以便可移动物体19在0.25秒以内可降低反射光量地移动，通过这样，能够将入射到瞳孔的光能量量抑制在1mW以下。

作为可移动物体19采用带电粒子，对透过部22施加电压的实施方式中，通过提高对透过部22施加的电压，能够加快可移动物体19向中空部18中心附近移动的移动速度。另外，当透明电极23(图8)设置在透过部22的外表面一侧的情况下，通过尽量减小透过部22的厚度，可以增大对可移动物体19的电场强度。另外，作为可移动物体19采用磁性体，在反射部21涂敷产生磁力的材料的实施方式中，通过增强从反射部21产生的磁力，可以加快可移动物体19向中空部18中心附近移动的移动速度。另外，通过减小带电粒子、磁性体的粒子的大小，能够减小移动时的抵抗。通过采用如上所述的扫描单元4的结构，在扫描单元4停止时，可以在0.25秒以内降低反射光量地移动可移动物体19。

另外，即使用真空泵来抽吸(即使降低气压)中空部18中封入的气体，可得到减小可移动物体19的移动时的抵抗来加快移动速度的效果，进一步，通过降低中空部18中封入的气体的压力，还可得到防止形成中空部18的材料以及可移动物体19的劣化的效果。该情况下，可移动物体19的移动速度与气体的压力分布对应地发生变化，尤其是可移动物体19为粉末的情况下，可显著地得到提高可移动物体19的移动速度的效果。通过采用如上所述的扫描单元4的结构，在扫描单元4停止时，能够在0.25秒以内降低反射光量地移动可移动物体19。

须指出的是，中空部18整体，既可以用液体和粉末的混合物来充满，也可以仅用液体来充满。

另外，在本实施方式中，将激光源用作光源，但是也可以作为采用了氦气灯等白色光源的图像显示装置的安全对策来应用。

另外，在图1中，作为扫描单元4示出了采用两个一维扫描方式的扫描反射镜设备的扫描方式的图像显示装置100。上述的用可移动物体19覆盖反射部21的结构，最好应用于两个扫描单元4双方。另外，也可以将如图9所示的二维扫描方式的扫描反射镜设备用作扫描单元4。本发明，还可以适用于采用了二维扫描方式的扫描反射镜设备的图像显示装置的安全对策。

参照图9，2轴的转动扫描反射镜设备即扫描单元4具备：以X轴为中心使基台24转动的X轴悬架25；经X轴悬架25支撑基台24的中间框架27；以Y轴为中心使基台24以及中间框架27转动的Y轴悬架26。X轴悬架25各自的一端与基台24连接，X轴悬架25各自的另一端与中间框架27连接。Y轴悬架26各自的一端与中间框架27连接，Y轴悬架26各自的另一端固定在固定框架(未图示)。2轴的转动扫描反射镜设备的转动动作是公知的，因此在此省略详细的说明。即使是这种2轴的转动扫描反射镜设备，可得到与参照图5～图8说明过的本发明的效果同样的效果。

(实施方式2)

参照图10，说明因移动的可移动物体19使反射部21变形而反射部21的反射状态(反射光的散射的程度)发生变化的扫描单元。

图10是表示本实施方式的扫描单元4的图。图10的左侧的图使从反射面一侧观察扫描单元4的图，右侧的图使扫描单元4的剖视图。图10(a)表示正常动作的状态的扫描单元4，图10(b)表示停止的状态的扫描单元4。

在图10所示的示例中，通过基台24和反射部21，形成了封入部17。通过基台24以及透过部22在封入部17内部形成有中空部18。可移动物体19封入在中空部18中。反射部21的反射面位于封入部17表面。本实施方式的扫描单元4也搭载在图像显示装置100(图1)。入射到扫描单元4的激光6，在反射部21反射而投射到图像显示装置100外部。

可移动物体19与扫描单元4的角速度对应地移动的结构，与实施方式1的说明同样。

在扫描单元4进行正常的动作时，如图10(a)所示，以悬架20为轴进行振动。在可移动物体19中，因扫描单元4的振动而中空部18的外周方向上产生的惯性力(离心力)发挥作用，可移动物体19在中空部18的外周方向扩展，在反射部21的中心附近作为反射激光6来显示图像的反射镜保持充分的平面度的状态。

在扫描单元4不正常动作、例如停止的情况下，如图10(b)所示，在中空部18的外周侧扩展的可移动物体19集中到中心附近，反射部21被可移动物体19顶住而发生变形，从而平面度降低。例如，反射部21成为凸面。由成为凸面的反射面所反射的激光6成为发散光，激光6的能量密度降低。

通过这样，可移动物体19与扫描单元4的角速度对应地移动，使反射部21变形。来自反射部21的反射光的散射程度与反射部21的变形对应地发生变化。可移动物体19沿着角速度加快和散射程度降低的方向移动，沿着角速度下降和散射程度增大的方向移动。可移动物体19在扫描单元4停止时，向散射程度增大的方向移动。另外，根据实施方式1的说明中叙述的理由，可移动物体19最好从扫描单元4停止起在0.25秒以内移动。通过采用实施方式1的说明中叙述的扫描单元4的结构，可以从扫描单元4停止起在0.25秒以内移动可移动物体19。

伴随着可移动物体19的移动，反射部21变形中，需要反射部21充分薄。例如，反射部21由作为有效地反射可视光线的材料来使用的铝的薄膜来形成。除了铝以外，也可以采用金、银等用作反射部21的材料。另外，配合所使用的光源(使用波长段)，也可以将电介质膜用作反射部21。

在中空部18的中心附近和外周附近形成阶梯构造，在中空部18的外周附近，反射部21与基台24之间的距离短、在中空部18的中心附近，反射部21与基台24之间的距离长。根据该阶梯构造，维持可移动物体19集中在中心附近的状态。另外，当可移动物体19为亲水性的情况下，作为反射部21最好采用亲水性的金属膜，作为基台24最好采用硅等疏水性材料。

另外，当可移动物体19是包含磁性体的液体的情况下，也可以在反射部21的中心附近、与其中心附近对置的基台24的面上涂敷产生磁力的材料，利用该磁力，维持可移动物体19集中在中空部18的中心附近的状态。

通过这样，根据本实施方式，当扫描单元4停止时，反射部21被可移动物体19顶住，反射部21的平面度降低而成为凸面，由该凸面反射的激光6成为发散光，因此，可以降低激光6的能量密度。

另外，除了以期望的频率振动的扫描单元4停止的情况以外，还有扫描单元4的角速度降低的情况，在这种情况下，可移动物体19也与扫描单元4的角速度对应地向中空部18的中心附近移动。

另外，中空部18的中心附近和外周附近之间的阶梯构造，也可以是图12所示的阶梯构造。图12的左侧的图是从反射面一侧观察扫描单元4的图，右侧的图是扫描单元4的剖视图。图12(a)表示正常动作的状态的扫描单元4，图12(b)表示停止的状态的扫描单元4。在图12所示的示例中，基台24的内面一侧的侧壁往外周方向凹进去，通过该凹进去的区域(基台24所包围的区域)，形成了中空部18的外周部分。

另外，作为中空部18的形状，除了图10以及图12所示的阶梯结构圆筒形状以外，也可以是如图11所示的四角形的阶梯结构棱柱形状，或者也可以是多角形的阶梯结构棱柱形状，或者也可以是组合了圆筒形状和多角形的棱柱形状的阶梯结构形状。图11的左侧的图是从反射面一侧观察扫描单元4的图，右侧的图是扫描单元4的剖视图。图11(a)表示正常动作的状态的扫描单元4，图11(b)表示停止的状态的扫描单元4。

另外，当可移动物体19是包含带电粒子的液体的情况下，如图8所示，在反射部21设置透明电极23，为了维持可移动物体19集中在中空部18的中心附近的状态，也可以对透明电极23施加电压。

另外，反射部21的形状是除了图10～图12所示的四角形以外，也可以是多角形、圆形。另外，也可以在形成有基台24的反射部21的面一侧的整体上设置反射部21。

另外，在扫描单元4停止时，与扫描单元4的朝向无关，为了维持可移动物体19集中在中空部18的中心附近的状态，调整中空部18的构造和中空部18中封入的可移动物体19的体积的组合。

另外，当可移动物体19是包含磁性体或者带电粒子的情况、可移动物体19仅仅是磁性体或者带电粒子的情况下，作为沿着中空部18的外周方向移动的方法，也可以在基台24以及/或者透过部22的外周侧，涂敷产生磁力的材料，或者设置用于施加电压的电极。

另外，根据包围中空部18的材料以及反射部21的材料，作为可移动物体19，也可以使用惰性液体。另外，作为中空部18中封入的气体，根据包围中空部18的材料以及反射部21的材料，也可以使用惰性气体。

另外，根据包围中空部18的材料以及反射部21的材料、可移动物体19的材料，即使用真空泵来抽吸(即使降低气压)中空部18中封入的气体也可。

另外，为了提高包围基台24以及反射部21的中空部18的区域的疏水性，也可以实施疏水处理或者斥水涂敷。在微机械技术领域中还提供可实现疏水处理、斥水涂敷的处理装置。

另外，在本实施方式中，将激光源用作光源，但是也可以作为采用了氦气灯等白色光源的图像显示装置的安全对策来应用。

另外，在图1中，作为扫描单元4示出了采用两个一维扫描方式的扫描反射镜设备的扫描方式的图像显示装置100。上述的用可移动物体19使反射部21变形的结构，最好应用于两个扫描单元4双方。另外，也可以将如图13所示的二维扫描方式的扫描反射镜设备用作扫描单元4。本发明，还可以适用于采用了二维扫描方式的扫描反射镜设备的图像显示装置的安全对策。

参照图13，2轴的转动扫描反射镜设备即扫描单元4具备：以X轴为中心使基台24转动的X轴悬架25；经X轴悬架25支撑基台24的中间框架27；以Y轴为中心使基台24以及中间框架27转动的Y轴悬架26。X轴悬架25各自的一端与基台24连接，X轴悬架25各自的另一端与中间框架27连接。Y轴悬架26各自的一端与中间框架27连接，Y轴悬架26各自的另一端固定在固定框架(未图示)。2轴的转动扫描反射镜设备的转动动作是公知的，因此在此省略详细的说明。即使是这种2轴的转动扫描反射镜设备，可得到与参照图10～图12说明过的本发明的效果同样的效果。

工业实用性

本发明在投射激光来显示图像的技术领域中尤其有用，能够提供一种实现图像显示装置的小型化以及低成本化的同时，安全且以充分的明亮度可显示的图像显示装置。

Claims (11)

1、一种扫描单元，其具备反射激光的反射部和在中空的内部中封入了可移动物体的封入部；其中

所述可移动物体，与所述扫描单元的角速度对应地移动，改变所述反射部对所述激光的反射状态。

2、根据权利要求1所述的扫描单元，其中

所述封入部的至少一部分，位于所述反射部中的反射所述激光的面一侧；

所述可移动物体，与所述扫描单元的角速度对应地移动，覆盖所述反射部的至少一部分。

3、根据权利要求2所述的扫描单元，其中

所述反射部，设置在所述封入部的内面；

所述封入部具备透过部，所述透过部与所述反射部对置，并且使所述激光透过；

所述可移动物体在所述反射部与所述透过部之间移动。

4、根据权利要求2所述的扫描单元，其中

如果所述角速度加快，则所述可移动物体沿着使覆盖所述反射部的比例降低的方向移动，如果所述角速度下降，则所述可移动物体沿着使覆盖所述反射部的比例增大的方向移动；

与覆盖所述反射部的比例低的时候相比，覆盖所述反射部的比例高的时候，来自所述反射部的反射光量更少。

5、根据权利要求2所述的扫描单元，其中

在所述扫描单元停止时，所述可移动物体沿着使覆盖所述反射部的比例增大的方向移动；

如果所述可移动物体沿着使覆盖所述反射部的比例增大的方向移动，则来自所述反射部的反射光量减少。

6、根据权利要求5所述的扫描单元，其中

所述可移动物体在从所述扫描单元停止起0.25秒以内移动。

7、根据权利要求1所述的扫描单元，其中

所述反射部设置在所述封入部；

所述可移动物体，与所述扫描单元的角速度对应地移动，使所述反射部变形。

8、根据权利要求7所述的扫描单元，其中

来自所述反射部的反射光的散射程度与所述反射部的变形对应地发生变化；

如果所述角速度加快，则所述可移动物体沿着所述散射程度降低的方向移动，如果所述角速度下降，则所述可移动物体沿着所述散射程度提高的方向移动。

9、根据权利要求7所述的扫描单元，其中

来自所述反射部的反射光的散射程度与所述反射部的变形对应地发生变化；

在所述扫描单元停止时，所述可移动物体沿着所述散射程度提高的方向移动。

10、根据权利要求9所述的扫描单元，其中

所述可移动物体在从所述扫描单元停止起0.25秒以内移动。

11、一种图像显示装置，其具备如权利要求1所述的扫描单元、输出所述激光的光源、和驱动所述扫描单元的驱动部；所述图像显示装置利用所述扫描单元反射并投射后的所述激光的至少一部分来显示图像，其中

所述投射激光的状态与所述可移动物体的移动对应地发生变化。

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